贛南低效馬尾松林改造技術研究

鄧必平，李雪龍

(1.江西環境工程職業學院，江西 贛州 341000；2.江西省林業科技實驗中心，江西 贛州 341000)

1 引言

由于種種原因，到20世紀80年代初，贛州市(原贛州地區)荒山面積達1678萬畝，水土流失異常嚴重，生態環境十分惡劣，河道於塞，大量農田被毀。1984年當時的贛州地委、行署做出了“十年綠化贛南”的決定，舉全區之力用了十年時間基本消滅了荒山。雖然消滅荒山后，林地變綠了，森林覆蓋率提高了，但是森林質量不高，仍然存在大量低質低效馬尾松林。此外，由于大面積的馬尾松純林容易發生森林病蟲害，尤其是當前發生的松材線蟲病，嚴重危害馬尾松林的森林健康，有使馬尾松林向低產低效化發展趨勢。當前贛州市正在大面積實施低質低效林改造工作，但是缺乏有效的低質低效改造的技術措施，本文切合生產實際，開展低效馬尾松林改造技術方面的研究，具有現實意義。

2 研究區概況

2.1 研究區基本情況

贛州市位于江西省南部，地處武夷山脈、南嶺山脈與羅霄山脈的交匯地帶，介于北緯24°29′～27°09′、東經113°54′～116°38′之間，總面積39379.64 km2，占江西省總面積的23.6%。是贛江、東江的發源地，屬亞熱帶南緣，為東亞植物區系的發源地之一，是我國生物多樣性富集區、古老植物種屬的“避難所”、生物多樣性保護的關鍵地區，是我國南方地區重要的生態屏障，生態戰略地位十分重要[1～4]。

2.2 試驗樣地設置情況

選擇馬尾松純林作為試驗地，結合馬尾松林松材線蟲病疫木除治工作在林分內補植補造鄉土闊葉樹種，補植以帶狀方式進行，在清理帶上種植闊葉樹，進行穴狀整地，規格為40 cm×40 cm×30 cm，按450株/hm2的密度進行補植，苗齡2～3年，容器苗。另外選擇部分林分實施撫育作業，以砍灌除雜為主。分別在2016年、2018年和2021年實施低改作業的馬尾松林分中設置18塊樣地，每個年度設置6塊，其中三塊進行撫育作業，三塊不撫育，另外在未進行改造的馬尾松林分和天然馬尾松針闊混交林中各設置3塊樣地作為對照組(表1)。

表1 不同處理措施樣地基本特征

3 研究方法

3.1 樣地調查

每塊樣地面積設置為400 m2的方形樣地，邊長20 m，對每塊樣地進行每木檢尺，測量每株樹的胸高直徑、樹高和冠幅等因子，起測胸徑5 cm。在每個喬木樣地的4個角設置1 m×1 m小樣方，采集凋落物帶回實驗室泡水稱重和烘干稱重。在每個樣地的上中下坡位采集土樣進行混合形成一個土壤樣品，在實驗室中進行風干和研磨處理，去除石粒、根系等雜物。土壤化學性質的測定采用常規性方法進行測定[5～7]。

3.2 數據分析方法

3.2.1 蓄積量計算

單株闊葉樹和馬尾松的蓄積采用山本式立木材積模型公式計算[8～11]，累加標準地內全部喬木蓄積得到標準地蓄積量。

Vi=aDbHc

(1)

(2)

公式(1)、(2)中的Vi表示單株立木蓄積量，D表示胸徑值，H表示樹高值，M表示標準地蓄積量，a、b、c為參數(表2)。

表2 立木材積估算模型參數值

3.2.2 林分碳儲量計算

碳儲量=喬木層碳儲量+林下碳儲量+土壤碳儲量

(3)

喬木層碳儲量=馬尾松碳儲量+硬闊碳儲量+軟闊碳儲量

(4)

馬尾松碳儲量= 0.5144×0.091×(D2H)0.846

(5)

硬闊碳儲量=0.4754×0.105×(D2H)0.897

(6)

軟闊碳儲量=0.4995×0.059×(D2H)0.959

(7)

林下碳儲量=0.4434×凋落物生物量

(8)

土壤碳儲量=SOC×h×SD

(9)

式(3)～(9)中：D表示胸徑，H表示樹高，SOC表示單位面積土壤有機碳儲量(g/m2)，h表示土層深度，SD表示土壤質量(g/cm3)。

3.2.3 土壤綜合肥力計算

根據全國土壤第二次普查分級標準計算分肥力系數，土壤綜合肥力采用內梅羅指數法進行評價[12]。

(10)

(11)

公式(10)、(11)中的IFIi表示分肥力系數[13]，IFI表示土壤綜合肥力，xa、xb和xc分別為全國土壤第二次普查標準設置的各個分級標準的上下限，x為待測定值，n為參與評價的指標個數。

4 結果與分析

4.1 不同改造模式對馬尾松林分生長的影響

在改造初期(2021年實施改造)，撫育處理與未撫育改造處理相比，胸徑高出0.86 cm，單株材積高出0.01 m3，林分蓄積高出13 m3(表3)，說明在改造初期撫育對林分生長因子(胸徑、單株材積、林分蓄積)的增長都有益處，但效果不明顯，差異不顯著。而與馬尾松純林(C1)相比，各項生長因子均存在顯著差異，說明改造處理對提升馬尾松林分質量大有好處。

表3 不同處理的林木生長情況

在改造中期(2018年實施改造)，撫育處理與未撫育處理相比，胸徑、單株材積、林分蓄積等林分生長因子相差很小，差異不明顯，說明改造中期是否撫育對林分生長因子的影響甚小。

在改造后期(2016年實施改造)，撫育和未撫育之間相比，在胸徑和林分蓄積兩項因子上呈現出顯著差異，單株材積差異不明顯，說明改造后期進行撫育處理有利于林木胸徑增長和林分蓄積提高。與天然馬尾松針闊混交林(C2)相比，改造后期撫育處理的各項生長因子都無顯著差異，說明通過人工改造并加以撫育的馬尾松林分趨同于天然馬尾松針闊混交林。

4.2 不同改造模式對馬尾松林分碳儲量的影響

從表4中可以看出，森林的碳儲量主要包括土壤層的碳儲量和喬木層碳儲量兩大類，凋落物碳儲量對森林碳儲量的貢獻很小，并且各種處理對凋落物碳儲量的影響很小，各處理間不存在顯著差異。

表4 不同處理的馬尾松林碳儲量

在改造初期，撫育處理與未撫育處理相比，總碳儲量和土壤層碳儲量均差異顯著，喬木層碳儲量和凋落物碳儲量呈現出非顯著差異，改造初期未撫育處理與馬尾松純林(C1)之間相比各項碳儲量均不存在顯著差異，說明改造初期撫育處理對提升土壤層碳儲量和總碳儲量有利，改造初期經撫育處理的總碳儲量和土壤層碳儲量相對于馬尾松純林分別提高了34.3 t/ha和27 t/ha。改造中期，除了喬木層碳儲量相對改造初期提升明顯，其余的碳儲量提升幅度均不明顯，說明這個時間段的森林碳儲量的增量主要來源于喬木層碳儲量。改造后期相對于改造中期而言，總碳儲量和土壤層碳儲量均有較大幅度提高，增幅顯著，而喬木層碳儲量和凋落物碳儲量增幅不明顯，說明這個時間段的森林碳儲量的增加主要來源于土壤層碳儲量，而與馬尾松針闊混交林(C2)相比，總碳儲量和土壤層碳儲量明顯高于對照C2，喬木層碳儲量又顯著低于對照C2，只有凋落物碳儲量相差甚微。

4.3 不同改造模式對馬尾松林土壤肥力的影響

根據表5可以看出，全氮的含量在各種處理中馬尾松純林(對照組C1)最低，天然馬尾松針闊混交林(對照組C2)最高，改造初期、中期以及后期，經撫育處理的全氮含量均低于未撫育處理的，說明撫育處理不利于提高土壤全氮含量。全磷含量在各種處理中，改造中期撫育處理(MT)最高，改造初期未撫育處理(ENT)最低，在同一時期，土壤全磷含量在不同的處理之間差異顯著，同時同種處理在不同的時期也存在著顯著差異。土壤全鉀含量在撫育處理的不同時期存在顯著差異，未撫育處理的后期與初期和中期之間存在顯著差異，初期與中期之間差異不明顯，對照組C1與對照組C2之間存在著顯著差異。

表5 不同處理的馬尾松林土壤肥力

土壤水解氮含量在對照組C2中含量最高，對照組C1中含量最低，改造處理的次之，在改造處理初期，撫育處理與未撫育處理之間的水解氮含量差異不明顯，在改造中期和后期，撫育處理與未撫育處理之間的水解氮含量存在顯著差異，除改造后期撫育處理和改造中期撫育處理外，同種處理在時間尺度上也存在顯著差異。土壤有效磷含量在改造初期和中期，撫育處理與未撫育處理之間存在顯著差異，改造后期，撫育與未撫育兩種處理之間差異不明顯，未撫育處理在不同時期的有效磷含量差異顯著，撫育處理在改造的初期和中期與改造的后期之間差異顯著。土壤速效鉀含量在改造初期和中期，不同處理之間存在顯著性差異，未撫育處理在不同的時間尺度上速效鉀含量差異顯著。土壤有機質含量，在對照組C1、改造林(處理組)、對照組C2之間存在顯著差異，對照組(C2)中的含量最高，改造初期和中期，撫育與未撫育之間差異顯著，改造后期，兩種處理差異不明顯，未撫育處理在不同改造時期有機質含量差異顯著，撫育處理改造初期與改造中期和后期之間存在顯著差異。

根據土壤分級標準要求，采用有機質、全氮、水解氮、速效鉀、有效磷5項指標代入公式(10)和公式(11)進行計算綜合肥力指數，結果顯示土壤綜合肥力指數最小的為改造初期未進行撫育處理的地塊，而土壤綜合肥力指數最大的為改造中期未進行撫育處理的地塊。

5 結論

(1)改造處理對提升馬尾松林分質量大有好處，改造初期撫育對林分生長因子(胸徑、單株材積、林分蓄積)的增長都有益處，但效果不明顯，改造中期是否撫育對林分生長因子的影響甚小，改造后期進行撫育處理有利于林木胸徑增長和林分蓄積提高，通過人工改造并加以撫育的馬尾松林分趨同于天然馬尾松針闊混交林。

(2)改造初期撫育處理對提升土壤層碳儲量和總碳儲量有利，改造初期經撫育處理的總碳儲量和土壤層碳儲量相對于馬尾松純林分別提高了34.3 t/ha和27 t/ha，改造中期的森林碳儲量的增量主要來源于喬木層碳儲量，改造后期的森林碳儲量的增加主要來源于土壤層碳儲量。

(3)撫育處理不利于提高土壤全氮含量。全磷含量在各種處理中，改造中期撫育處理(MT)最高，改造初期未撫育處理(ENT)最低，在同一時期，土壤全磷含量在不同的處理之間差異顯著，同時同種處理在不同的時期也存在著顯著差異。土壤全鉀含量在撫育處理的不同時期存在顯著差異，未撫育處理的后期與初期和中期之間存在顯著差異。